Introdução do conceito de flexibilidade na avaliação da reserva operacional de longo prazo

Abstract

Nos últimos anos a matriz energética mundial vem demonstrando um constante aumento de participação de fontes renováveis. As características de tais fontes de geração impactam sobretudo no planejamento a curto prazo, impondo incertezas à programação da operação do sistema elétrico. É precípuo a necessidade de flexibilidade para manter em níveis de segurança o sistema elétrico, assegurando o balanço entre carga e geração. É possível buscar flexibilidade no estágio de operação por meio do dimensionamento da reserva operacional, de modo a garantir o uso racional das tecnologias de geração existentes em um parque produtor. Neste contexto, a reserva pode ser avaliada em duas circunstâncias: Quando a carga aumenta, há riscos de a geração programada não atender à demanda (e.g. insuficiência de geração por perda de uma unidade produtora, por súbita perda de recurso eólico ou solar e/ou erro grosseiro na previsão de carga), possibilitando a análise da flexibilidade do parque produtor em compor a reserva operacional a subir (ROS); Em momentos de perda súbita de blocos de carga combinados com a utilização de geração renovável de alto grau de variabilidade e incerteza (eólica e fotovoltaica), pode-se avaliar a flexibilidade do parque produtor para responder a uma condição operacional que conduz a redução rápida da produção convencional (hídricas e térmicas), compondo a reserva operacional a descer (ROD), a qual pretende verificar a resposta do sistema mantendo os requisitos de inércia e verificando a existência de desperdício de geração renovável variável ou comprometimento da programação da operação de curto prazo. A avaliação da flexibilidade na reserva operacional pode ser determinada por meio de métodos probabilísticos, possibilitando estimar numericamente eventos ou grandezas de falha de flexibilidade por meio de indicadores que avaliam a confiabilidade e adequação de um parque gerador para atender a demanda. Neste contexto, o presente trabalho propõe a introdução do conceito de flexibilidade da reserva operacional, a implementação de um algoritmo com base em Simulação de Monte Carlo Sequencial que contempla a representação da operação do sistema considerando a flexibilidade e possíveis ações de remediação considerando uma formulação do modelo matemático para a avaliação da adequação e ainda, a proposta de indicadores de risco para avaliação de falha do sistema elétrico em atender o excesso ou deficit de geração através da ROD e ROS, respectivamente, possibilitando evidenciar a metodologia da operação em estudos de planejamento de expansão.

Abstract: In recent years, the global energy matrix has shown a constant increase in the share of renewable sources. The characteristics of such generation sources impact mainly on short-term planning, imposing uncertainties on the scheduling of the operation of the electrical system. It is essencial the need for flexibility to maintain the electrical system at safe levels, ensuring the balance between load and generation. It is possible to seek flexibility in the operation stage by dimensioning the operational reserve, in order to guarantee the rational use of the generation technologies existing in a generation park. In this context, the reserve can be assessed in two circumstances: When the load increases, there are risks that the scheduled generation will not meet the demand (eg. insufficient generation due to loss of a production unit, sudden loss of wind or solar resources and/or gross error in the load forecast), making it possible to analyze the flexibility of the production park to compose the upward operational reserve; In moments of sudden loss of load blocks combined with the use of renewable generation with a high degree of variability and uncertainty (wind and photovoltaic), it is possible to assess the flexibility of the production park to respond to an operational condition that leads to a rapid reduction in conventional production (hydro and thermal), composing the downward operational reserve, which intends to verify the response of the system maintaining the inertia requirements and verifying the existence of waste from variable renewable generation or impairment of the short-term operation schedule. The assessment of flexibility in the operational reserve can be determined by means of probabilistic methods, making it possible to numerically estimate events or magnitudes of flexibility failure by means of indicators that assess the reliability and adequacy of a generating complex to meet demand. In this context, the present thesis proposes the introduction of the concept of flexibility of the operational reserve, the implementation of an algorithm based on Sequential Monte Carlo Simulation that contemplates the representation of the operation of the system considering the flexibility and possible remedial actions considering a formulation of the mathematical model for the assessment of adequacy. and also, the proposal of risk indicators for assessing the failure of the electrical system to meet the excess or deficit of generation through ROD and ROS, respectively, making it possible to show the operation?s methodology in expansion planning studies.